脂肪酸合成代謝.ppt

1、第二節(jié) 脂肪酸的合成代謝,一. 甘油的合成,由糖酵解的中間產(chǎn)物磷酸二羥丙酮還原而成。,甘油的合成在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行。,事實上，在甘油和脂肪酸縮合連結(jié)成脂肪時，所需要的是3-磷酸甘油，而不是游離的甘油。,(一) 脂肪酸的從頭合成,二. 脂肪酸的合成,原料：乙酰CoA,產(chǎn)物：不超過16碳的飽和脂肪酸,部位： 動物體 細(xì)胞質(zhì) 植物體 葉綠體和前質(zhì)體,Overview Fatty acids are synthesized by the condensation of two-carbon units. However, in terms of the enzymic steps involved, th

2、e process is not the reversed of -oxidation. Fatty acid synthesis involves a separate series of reactions to build up long-chain hydrocarbons from acetyl CoA units. The key differences between fatty acid synthesis and breakdown are:,(一) 脂肪酸的從頭合成,二. 脂肪酸的合成,1.fatty acid synthesis occurs in the cytosol

3、 of both prokaryotes and eukaryotes whereas their degradation occurs in the mitochondria of eukaryotes; 2.fatty acid synthesis uses NADPH as the reductant whereas NADH is produced in -oxidation; 3.during their synthesis, fatty acids are covalently linked to an acyl carrier protein (ACP), as opposed

4、to CoA in their degradation; 4.the enzyme activities of fatty acid synthesis in higher organisms are present in a single polypeptide chain called fatty acid synthase, whereas in -oxidation the individual activities are present on separate enzymes.,(一) 脂肪酸的從頭合成,二. 脂肪酸的合成,1. 脂肪酸從頭合成的過程,(一) 脂肪酸的從頭合成,二.

5、 脂肪酸的合成,(1) 乙酰CoA的來源和轉(zhuǎn)運(yùn),Transport into the cytosol Fatty acids are synthesized in the cytosol, but acetyl CoA is produced from pyruvate in the mitochondria. Thus the acetyl CoA must be transferred from the mitochondria into the cytosol to allow fatty acid synthesis to occur. However, the inner mitoc

6、hondrial membrane is not readily permeable to this molecule. This problem is overcome by the condensation of acetyl CoA with oxaloacetate to form citrate.,1. 脂肪酸從頭合成的過程,(一) 脂肪酸的從頭合成,二. 脂肪酸的合成,(1) 乙酰CoA的來源和轉(zhuǎn)運(yùn),因為乙酰CoA在線粒體產(chǎn)生，乙酰CoA不能直接穿過線粒體內(nèi)膜，需要通過“檸檬酸穿梭”的方式從線粒體基質(zhì)到達(dá)細(xì)胞質(zhì)，才能用于合成脂肪酸。,(一) 脂肪酸的從頭合成,二. 脂肪酸的合成,(

7、1) 乙酰CoA的來源和轉(zhuǎn)運(yùn),(一) 脂肪酸的從頭合成,二. 脂肪酸的合成,1. 脂肪酸從頭合成的過程,(一) 脂肪酸的從頭合成,二. 脂肪酸的合成,(1) 乙酰CoA的來源和轉(zhuǎn)運(yùn),循環(huán)的凈結(jié)果是將乙酰CoA從線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)到了細(xì)胞質(zhì)，同時也消耗了化學(xué)能ATP。 在植物體中，線粒體內(nèi)產(chǎn)生的乙酰CoA先脫去CoA以乙酸的形式運(yùn)出線粒體，再在線粒體外由脂酰CoA合成酶催化重新形成乙酰CoA。,1. 脂肪酸從頭合成的過程,(一) 脂肪酸的從頭合成,二. 脂肪酸的合成,(2) 丙二酸單酰CoA的形成,The first committed step in fatty acid biosynthesis i

8、s the carboxylation of acetyl CoA to form malonyl CoA using CO2 in the form of bicarbonate HCO3-. This reaction is catalyzed by the enzyme acetyl CoA carboxylase which has biotin as a prosthetic group, a common feature in CO2-binding enzymes.,1. 脂肪酸從頭合成的過程,(一) 脂肪酸的從頭合成,二. 脂肪酸的合成,(2) 丙二酸單酰CoA的形成,在脂肪酸

9、的從頭合成過程中，參入脂肪酸鏈的二碳單位的直接提供者并不是乙酰CoA，而是乙酰CoA的羧化產(chǎn)物 丙二酸單酰CoA（malonyl-CoA）。,1. 脂肪酸從頭合成的過程,(一) 脂肪酸的從頭合成,二. 脂肪酸的合成,(2) 丙二酸單酰CoA的形成,(一) 脂肪酸的從頭合成,二. 脂肪酸的合成,乙酰CoA羧化酶的組成,在原核生物中，由兩種酶和一種蛋白質(zhì)組成三元多酶復(fù)合體 生物素羧基載體蛋白（biotin carboxyl-carrier protein，BCCP） 生物素羧化酶 羧基轉(zhuǎn)移酶,在動物及高等植物體內(nèi)，乙酰CoA羧化酶是由多個亞基組成的寡聚酶，每個亞基兼具上述的三種催化活性，但只有當(dāng)它

10、們聚合成完整的寡聚酶后才有活性。,1. 脂肪酸從頭合成的過程,(一) 脂肪酸的從頭合成,二. 脂肪酸的合成,(2) 丙二酸單酰CoA的形成,乙酰CoA的羧化為不可逆反應(yīng)，是脂肪酸合成的限速步驟，故乙酰CoA羧化酶的活性高低控制著脂肪酸合成的速度。,1. 脂肪酸從頭合成的過程,(一) 脂肪酸的從頭合成,二. 脂肪酸的合成,(2) 丙二酸單酰CoA的形成,影響乙酰CoA羧化酶活性的因素：（在動物體中） 檸檬酸：促進(jìn)無活性的單體聚合成有活性的全酶，從而加速脂肪酸的合成； 軟脂酰CoA：促使全酶的解體，因而抑制脂肪酸的合成。,1. 脂肪酸從頭合成的過程,(一) 脂肪酸的從頭合成,二. 脂肪酸的合成,脂

11、肪酸合酶系統(tǒng)（fatty acid synthase system，F(xiàn)AS）,FA的組成, 乙酰CoA-ACP轉(zhuǎn)移酶 丙二酸單酰CoA-ACP轉(zhuǎn)移酶 -酮脂酰-ACP合酶 -酮脂酰-ACP還原酶 -羥脂酰-ACP脫水酶 烯脂酰-ACP還原酶 硫酯酶ACP 脂酰基載體蛋白,1. 脂肪酸從頭合成的過程,(一) 脂肪酸的從頭合成,二. 脂肪酸的合成,脂肪酸合酶系統(tǒng)（fatty acid synthase system，F(xiàn)AS）,1. 脂肪酸從頭合成的過程,(一) 脂肪酸的從頭合成,二. 脂肪酸的合成,(3) 脂肪酸鏈的合成,ACP：不同生物體中的ACP十分相似：大腸桿菌中的ACP是一個由77個氨基酸

12、殘基組成的熱穩(wěn)定蛋白質(zhì)，在它的第36位絲氨酸殘基的側(cè)鏈上，連有輔基4-磷酸泛酰巰基乙胺。,1. 脂肪酸從頭合成的過程,(一) 脂肪酸的從頭合成,二. 脂肪酸的合成,(3) 脂肪酸鏈的合成,ACP輔基猶如一個轉(zhuǎn)動的手臂，以其末端的巰基攜帶著脂?；来无D(zhuǎn)到各酶的活性中心，從而發(fā)生各種反應(yīng)，如下圖所示。,(一) 脂肪酸的從頭合成,二. 脂肪酸的合成,FAS上的活性巰基：（用于運(yùn)載脂?；?中央巰基 ACP上的巰基； 外圍巰基 b-酮脂酰-ACP合酶上的巰基，由該酶的一個Cys殘基提供。,1. 脂肪酸從頭合成的過程,(一) 脂肪酸的從頭合成,二. 脂肪酸的合成,乙酰CoA:ACP轉(zhuǎn)移酶,丙二酸單酰Co

13、A:ACP轉(zhuǎn)移酶,-酮脂酰ACP合酶,-酮脂酰ACP還原酶,-羥脂酰ACP脫水酶,烯脂酰ACP還原酶,1. 脂肪酸從頭合成的過程,(一) 脂肪酸的從頭合成,二. 脂肪酸的合成,(3) 脂肪酸鏈的合成,整個過程都是在脂肪酸合酶系統(tǒng)中進(jìn)行。,這一階段包含有多輪酶促反應(yīng)，每經(jīng)歷一輪可以使脂肪酸鏈在羧基端延長一個二碳單位，同時消耗2分子還原劑NADPH。,從乙酰CoA的穿梭、丙二酸單酰CoA的生成，到脂肪酸鏈的形成，需要消耗化學(xué)能ATP及還原劑NADPH。 整個合成的碳源來自乙酰CoA，盡管CO2參與了合成，但沒有被消耗，其作用是乙酰CoA通過羧化將ATP的能量貯存在丙二酸單酰CoA中，從而在縮合反應(yīng)

14、中通過脫羧放能而使反應(yīng)向正方向即合成的方向進(jìn)行，這要比兩分子的乙酰CoA進(jìn)行的縮合反應(yīng)更易進(jìn)行。,2. 脂肪酸從頭合成的化學(xué)計量,(一) 脂肪酸的從頭合成,二. 脂肪酸的合成,2. 脂肪酸從頭合成的化學(xué)計量,(一) 脂肪酸的從頭合成,二. 脂肪酸的合成,由此可見，由脂肪酸合酶系統(tǒng)形成1分子軟脂酸需要消耗1分子乙酰CoA、7分子丙二酸單酰CoA以及14分子還原輔酶，同時釋放出7分子CO2。,1.延長發(fā)生的部位,(二) 脂肪酸碳鏈的延長,二. 脂肪酸的合成,2. 延長過程,該過程是以脂酰CoA（不是脂肪酸）作為起點(diǎn)(引物)，通過與從頭合成相似的步驟，即縮合還原脫水再還原，逐步在羧基端增加二碳單位。

15、 至于延長的具體方式，在細(xì)胞的不同部位都不相同。,(二) 脂肪酸碳鏈的延長,二. 脂肪酸的合成,線粒體中的延長過程：相當(dāng)于脂肪酸b-氧化過程的逆轉(zhuǎn)，只是第二次還原反應(yīng)由還原酶而不是脫氫酶催化，電子載體為NADPH而不是FADH2； 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的延長過程：與從頭合成過程相似，只是脂?；妮d體為CoA而不是ACP。,2. 脂肪酸碳鏈的延長過程,(二) 脂肪酸碳鏈的延長,二. 脂肪酸的合成,1) 動物體中脂肪酸鏈的延長,植物的脂肪酸延長系統(tǒng)有兩個 葉綠體或前質(zhì)體中的只負(fù)責(zé)將軟脂酸轉(zhuǎn)變?yōu)橛仓幔?8:0），這一過程類似于從頭合成途徑； 碳鏈的進(jìn)一步延長則由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的延長系統(tǒng)完成。,2. 脂肪酸碳鏈的延長

16、過程,(二) 脂肪酸碳鏈的延長,二. 脂肪酸的合成,(2)植物體中脂肪酸鏈的延長,2. 脂肪酸碳鏈的延長過程,(二) 脂肪酸碳鏈的延長,二. 脂肪酸的合成,在生物體內(nèi)存在大量的各種不飽和脂肪酸，如棕櫚油酸（16:1D9）、油酸（18:1D9）、亞油酸（18:2D9,12）、亞麻酸（18:3D9,12,15）等，它們都是由飽和脂肪酸經(jīng)去飽和作用而形成的。 去飽和作用有需氧和厭氧兩條途徑，前者主要存在于真核生物中，后者存在于厭氧微生物中。,(三) 脂肪酸碳鏈的去飽和,二. 脂肪酸的合成,1. 需氧途徑,該途徑由去飽和酶系催化，需要O2和NADPH的共同參與。 去飽和酶系由去飽和酶（desatura

17、se）及一系列的電子傳遞體組成。在該途徑中，一分子氧接受來自去飽和酶的兩對電子而生成兩分子水，其中一對電子是通過電子傳遞體從NADPH獲得，另一對則是從脂?；@得，結(jié)果NADPH被氧化成NADP+，脂酰基被氧化形成雙鍵。（參見下圖）,(三) 脂肪酸碳鏈的去飽和,二. 脂肪酸的合成,去飽和作用一般首先發(fā)生在飽和脂肪酸的9、10位碳原子上，生成單不飽和脂肪酸（如棕櫚油酸、油酸）。接下來，對于動物，尤其是哺乳動物，從該雙鍵向脂酸的羧基端繼續(xù)去飽和形成多不飽和脂肪酸。,二. 脂肪酸的合成,1. 需氧途徑,(三) 脂肪酸碳鏈的去飽和,而植物則是從該雙鍵向脂酸的甲基端繼續(xù)去飽和生成如亞油酸、亞麻酸等的多烯脂肪酸。此外，植物也可以不通過這條需氧途徑，而是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上由單不飽和脂肪酸以磷脂或甘油糖脂的形式繼續(xù)去飽和的，它也是一個需氧的過程。,二. 脂肪酸的合成,1. 需氧途徑,(三) 脂肪酸碳鏈的去飽和,由于動物不能合成亞油酸和亞麻酸，但對維持其生長十分重要，所以必須從食物中獲得，這些脂肪酸對人類和哺乳動物是必需脂肪酸。但動物能通過去飽和作用和延長脂肪酸碳鏈的過程將它們轉(zhuǎn)變?yōu)槎妓南┧帷?二. 脂肪酸的合成,1. 需氧途徑,(三) 脂肪酸碳鏈的去飽和,厭氧途徑是厭氧微生物合成單不飽和脂肪酸的方式。 這一過程發(fā)生在脂肪酸從頭合成的過程中。當(dāng)FAS系統(tǒng)從頭合成到10個碳的羥脂酰-ACP（b-羥癸酰